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单晶陶瓷心脏瓣膜的寿命估算
单晶氧化铝陶瓷复合材料已被考虑用于制造人工心脏瓣膜，因此首先要对陶瓷碟瓣的疲劳性能进行研究。本文对单晶氧化铝陶瓷制成的斜碟式心脏瓣膜进行静态和动态疲劳裂纹扩展分析以及寿命估算，其中包含24℃潮湿空气和37℃ Ringer液体(模拟的生理环境)二种环境条件下穿透裂纹、表面裂纹和角裂纹等多种损伤情况。结果表明，在500mmHg静态和脉冲压力作用下，当碟瓣上的表面裂纹或角裂纹大小一旦达到了疲劳裂纹扩展的阀值，它们会很快向厚度方向扩展变成穿透裂纹，然后停止扩展；而对于穿透裂纹情况，人工心脏碟瓣不会发生疲劳破坏。
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全瓷材料及牙弓曲率对固定桥疲劳寿命影响的有限元分析
背景:采用循环疲劳有限元方法研究修复体的疲劳寿命更符合口腔实际情况.目的:研究不同牙弓曲率下不同全瓷材料固定桥的疲劳寿命.方法:将全瓷固定桥数字模型按照牙弓曲率建立4组模型(0°设为Ⅰ组,30°设为Ⅱ组,60°设为Ⅲ组,90°设为Ⅳ组),每组模型分别采用In-Ceram Zirconia、Zenotec、Lava全瓷材料进行固定桥疲劳寿命分析.结果与结论:全瓷固定桥连接体是应力集中的部位,也是应力极值部位、疲劳寿命短的部位及容易发生材料破损的部位.随着牙弓曲率的增加,In-Ceram Zirconia全瓷材料组疲劳寿命从4.6年下降到1.7年,Zenotec、Lava全瓷材料组均能保持19.6年的疲劳寿命;固定桥连接体是疲劳寿命短的部位.结果表明,尖牙前后区域采用In-Ceram Zirconia全瓷固定桥修复体的预期疲劳寿命较短,可能不是合适的修复材料;Zenotec和Lava全瓷材料在不同曲率下都能满足临床使用的预期寿命.
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钴铬合金及纯钛铸造卡环疲劳性能比较研究
比较钴铬合金和纯钛铸造卡环在不同倒凹深度下的疲劳寿命,为临床卡环材料的选择提供依据.方法 2009年10至2010年4月在大连市口腔医院采用两种钴铬合金Vitallium2000、Vera PDS和纯钛分别铸造直型卡环各10个.根据弯曲位移的不同每组再分成0.25 mm和0.5 mm两组,每组各5个试件.使用万能材料测试机在卡环尖端加载交变载荷,距卡环尖端5 mm卡环臂处发生弹性形变,加载方向是由卡环的平面侧向曲面侧弯曲.频率20 Hz.当载荷衰减为小于初始载荷的15％时认为卡环已经疲劳失效.初始载荷和疲劳失效时的载荷循环次数被自动记录.结果 (1)位移为0.25 mm时,3种金属铸造卡环的初始载荷之间差异具有统计学意义(P＜0.05),其中Vera PDS合金高于Vitallium2000,纯钛铸造卡环小；在循环次数方面,纯钛卡环与Vitallium2000卡环之间差异无统计学意义(P= 0.135),而Vera PDS卡环的循环次数显著高于其余两者(均P＜0.05).(2)当弯曲位移为0.5 mm时,纯钛卡环的初始载荷明显小于Vitallium2000、Vera PDS卡环组(均P＜0.05),后两者之间差异无统计学意义(P= 0.327)；在循环次数方面,纯钛卡环的循环次数低于后两者(均P＜0.05),Vitallium2000、VeraPDS卡环组之间差异无统计学意义(P=0.103).结论 VeraPDS钴铬合金铸造卡环的疲劳寿命高于Vitallium2000卡环和纯钛铸造卡环.
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有限元分析在冠脉支架设计中的应用
使用有限元方法对支架加工过程中的压握和临床使用中的扩张、扩张回弹进行了数值模拟,并对支架在血管脉动载荷下的疲劳寿命进行了评价,同时采用实验验证了有限元分析的合理性.结果 表明,有限元分析可以作为支架性能分析的有效手段,为支架设计和优化提供指导依据.
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颅内动脉支架的疲劳强度
目的 分析颅内动脉支架疲劳强度与连接体长度的关系,探究支架发生疲劳断裂的准确位置.方法 采用疲劳断裂的有限元分析方法对3种脑动脉支架进行疲劳寿命分析,并运用Goodman曲线绘制支架疲劳危险点分布图.基于美国材料与实验学会F2477-07标准,对3种支架的疲劳寿命进行测试.结果 支架连接体长度越长,支架危险点大等效应力和平均应力越大,危险点分布越接近疲劳极限曲线,支架更容易发生疲劳断裂.Goodman疲劳极限曲线表明,3种血管支架在体内10年的使用时间里是安全的.有限元分析与实验结果表明,支架结构连接点附近区域疲劳寿命较低,支架危险点位于连接处的圆弧部位.结论 血管支架有限元分析的技术合理可行,有限元分析结果与实验数据基本吻合.在支架结构设计时,可以减少连接体的长度,从而提高支架的使用寿命.
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基于有限元模拟的支架扩张、血流动力学及支架疲劳分析
目的 利用有限元方法研究支架在狭窄血管内的扩张性能、支架内血流动力学状况和支架的疲劳寿命.方法 采用ANSYS模拟支架在狭窄血管内的扩张过程,提取扩张后相关节点数据,建立血流动力学分析模型,并建立与之对应的简化模型,模拟分析支架内血流动力学状况.分别基于Goodman图表和累计损伤法,对支架的疲劳寿命进行评估.结果 (1)支架上绝大部分部位发生塑性变形,主要应力发生在镂空孔的角点.(2)支架附近流动紊乱,血流流入端的桥接支柱附近应力高.(3) Goodman图表法表明该支架是安全的,累计损伤法表面支架在血流流人端桥接支柱所在的第2个横截面上累计损伤大.结论 有限元方法能有效地应用于支架扩张、支架内血流动力学以及支架的疲劳模拟仿真.
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冠脉支架的疲劳寿命的有限元体分析
目的 冠脉支架植入后,在血管周期脉动载荷作用下,要求至少经过相当于10年约4亿次的循环后保持完整,维持其预期功能,需要评价其疲劳性能.方法 使用有限元方法分析了支架在使用过程中的应力分布,根据Goodman准则评价了支架的疲劳寿命,同时采用加速疲劳对支架进行疲劳试验.结果 分析发现危险点始终位于支架弯折位置侧内表面区域.结论 结果表明有限元分析可以很好的模拟支架的疲劳特性,为支架的设计提供理论指导.
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人工心脏瓣膜体外加速疲劳试验
人工心瓣的疲劳寿命,与患者的生命紧密相关.体外加速试验可以大大缩短研究周期,因而受到重视.以往的试验表明,体外模拟实验与体内寿命有相关性,它们表现在这几方面:(1)在体外疲劳试验中发生故障的人工心瓣组件在体内也会发生故障;(2)在体外模拟疲劳试验中构件磨损和疲劳的部位也是临床常见的部位;(3)在体外疲劳试验中寿命较高的人工心瓣,在体内寿命也长.
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血流作用下冠脉支架的疲劳寿命优化
目的 评估血流作用下冠脉支架的疲劳寿命,并在此基础上对支架的疲劳寿命进行优化设计.方法 采用Pro/Enginccr建立包含植入支架、血液、血栓以及动脉壁的简化组合模型,使用ANSYS有限元分析程序,利用有限元法模拟支架在动脉壁中受血流的周期性作用,并根据支架内的血流动力学分析结果对评估支架的疲劳寿命.以支架的几何参数作为设计变量,通过拉丁超立方抽样方法选取样本点并得到对应的响应值,建立Kriging代理模型,对冠脉支架的疲劳寿命进行优化.结果 Goodman图显示优化后支架是安全的;累积损伤法表明支架大损伤点处于支架血流流入端的第2交叉面上,优化后支架的疲劳寿命提高30.55％.结论 有限元法可对冠脉支架疲劳寿命进行有效的评估,建立Kriging代理模型对支架进行优化设计可以有效地提高支架的使用寿命.
关键词： 冠脉支架 有限元法 疲劳寿命 血流 Kriging代理模型 -
下颌第一磨牙全瓷冠疲劳寿命预测的三维有限元分析
目的:对EmpressⅠ、EmpressⅡ、In-Ceram Alumina以及In-Ceram Zirconia 4种不同材料的下颌第一磨牙全瓷冠进行疲劳寿命预测.方法:模拟1、5、10年间,相当于大咬合力的循环疲劳载荷,加载于全瓷冠模型.通过有限元疲劳分析软件MSC.Fatigue预测各种材料全瓷冠的失效概率.结果:基于本有限元疲劳分析,EmpressⅠ、EmpressⅡ、In-Ceram Alumina以及In-Ceram Zirconia这4种均可应用于后牙全瓷冠.其中采用EmpressⅠ制作的全瓷冠较其他3种材料具有较高的失效概率(3.15%～7.486%).结论:有限元疲劳分析有助于全瓷修复材料临床应用前的耐疲劳强度的判断.
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临床研究股骨头坏死人工髋关节置换股骨柄假体的疲劳寿命分析
目的 了解人工关节置换股骨柄假体疲劳断裂的力学特性.方法 基于股骨头坏死患者CT资料建立坏死股骨头三维模型和三维人工髋关节置换模型,采用疲劳断裂的有限元分析方法,分析在生理循环载荷作用下的人工髋关节模型的疲劳寿命.结果 疲劳寿命分析发现,假体颈、假体柄中下部附近区域的应力集中,疲劳寿命值小,安全系数低,发生疲劳断裂可能性大.结论 生理载荷下的模拟结果与相关的临床结果相吻合,为股骨头坏死人工髋关节置换的设计和临床应用提供了理论指导,也为全髋关节置换的生物力学研究提供了一个较为理想的方法.
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全瓷冠桥疲劳行为的有限元分析研究进展
全瓷冠桥以良好的美学特性和生物相容性在临床上得到了广泛的应用,但全瓷冠桥在口腔的反复咀嚼下常出现疲劳失效行为.采用有限元法对全瓷冠桥进行疲劳行为分析,可为临床全瓷冠桥的优化设计以及可靠性和耐久性评价提供有效的理论依据.笔者就有限元法用于全瓷冠桥疲劳行为分析的研究进展作一综述和评价.
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后牙烤瓷修复冠、桥疲劳寿命的测定
目的:测定后牙烤瓷修复冠、桥的疲劳寿命.方法:制作后牙烤瓷冠、桥试件各3个,进行疲劳寿命测定,分别在实验进行0、16、48、80、160h时,用体视显微镜下咬合部位瓷层表面状态,至320h后实验结束,在扫描电镜下观察.结果:各组烤瓷冠桥体均未出现明显的瓷崩裂现象,但在咬合部位及其附近均出现的微裂隙长达30～50μm.结论:烤瓷修复体具有相当优良的机械力学性能,可以作为后牙的永久性修复体.
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前牙烤瓷修复冠、桥疲劳寿命的测定
目的:测定前牙烤瓷修复冠、桥的疲劳寿命.方法:制作前牙烤瓷冠、桥试件各3个进行疲劳寿命测定,分别在实验进行0h、16h、48h、80h、160h时,用体视显微镜下咬合部位瓷层表面状态,至320h后实验结束,在扫描电镜下观察.结果:各组烤瓷冠、桥体均未出现明显的瓷崩裂现象,但在咬合部位及其附近均出现不同程度的微裂隙(列席小于20 μ m).结论:前牙烤瓷修复体不仅具有良好的美学特性,而且也具有相当优良的抗疲劳特性.
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裂纹缺陷体积百分数与CT数的关系分析
本文利用混合体的线性衰减系数的线性表示,推导出材料受力环境下,不含杂质时,微裂纹群的出现所带来的密度相对变化量与CT数相对变化量之间的关系式.进一步分析得到了裂纹缺陷体积百分数相对变化量与CT数相对变化量之间的关系式.含单杂质时,得到了裂纹缺陷体积百分数相对变化量与CT数相对变化量的关系式,并且把结论进一步推广到多杂质情形.为后期利用CT进行材料疲劳寿命分析奠定了理论基础.
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CT图像中裂纹缺陷的理论分析
由于易受到其它因素的影响,用CT图像直接分析材料服役过程中损伤状态的变化往往比较困难.本文从混合体的质量衰减系数的计算角度出发,分析了质量衰减系数的计算原理,得到了它的另一个等价表示;并推导出材料服役环境下,只包含单杂质的情况时,微裂纹群的出现所带来的裂纹缺陷体积百分数、密度变化与CT图像值之间的关系式,后得到了裂纹缺陷体积百分数与损伤变量的关系式,为后期利用CT进行材料疲劳寿命分析奠定了理论基础.
